Để giải các bài tập về sự chuyển trạng thái của khí lí tưởng thì cần dùng những công thức nào? Nêu rõ ý nghĩa và cách dùng của từng công thức.
Bài 13. Bài tập về khí lí tưởng
Mở đầu (SGK Kết nối tri thức với cuộc sống trang 52)
Thảo luận (1)
Hoạt động 1 (SGK Kết nối tri thức với cuộc sống trang 54)
Hãy giải bài tập ví dụ 2 bằng cách vẽ đường đẳng tích thay cho đường đẳng áp.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giải
Kẻ một đường đẳng tích song song với trục p, cắt hai đường đẳng nhiệt ở hai vị trí có áp suất là p1 và p2.
Với cùng thể tích của một lượng khí, áp suất p2 > p1 nên T2 > T1 vì khi nhiệt độ tăng thì các phân tử khí chuyển động va chạm với thành bình tăng lên, áp suất tăng lên.
(Trả lời bởi datcoder)
Hoạt động 2 (SGK Kết nối tri thức với cuộc sống trang 54)
Hãy dùng phương trình \(\frac{{pV}}{T}\) = hằng số để giải Bài tập ví dụ 3.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiLượng khí trong bài tập này có khối lượng đã biết và thay đổi khi chuyển trạng thái. Trong quá trình chuyển trạng thái có hai thông số không đổi là thể tích V (chính là thể tích của bình chứa khí) và nhiệt độ T.
- Lượng khí ban đầu m1 = 1,00 kg có: V1 = V; T1 = T; p1 = 107 Pa.
- Lượng khí còn lại m2 = (m1 - Δm) có: V2 = V; T2 = T; p2 = 2,5.106 Pa.
Áp dụng phương trình trạng thái: \(\left\{{}\begin{matrix}\dfrac{p_1V_1}{T_1}=n_1R=\dfrac{m_1}{M}R\left(1\right)\\\dfrac{p_2V_2}{T_2}=n_2R=\dfrac{m_2}{M}R\left(2\right)\end{matrix}\right.\)
Thay các giá trị vào (1) và (2) được Δm = 0,75 kg.
(Trả lời bởi datcoder)
Bài tập 1 (SGK Kết nối tri thức với cuộc sống trang 54)
Một lượng khí ở điều kiện tiêu chuẩn có thể tích 2 m3. Nếu nén đẳng nhiệt lượng khí này tới áp suất 5.105 Pa thì thể tích của lượng khí sẽ là
A. 10 m3.
B. 1 m3.
C. 0,4 m3.
D. 4 m3.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiÁp suất ở điều kiện tiêu chuẩn là 1,013.105 Pa.
Áp dụng quá trình đẳng nhiệt: \(p_1V_1=p_2V_2\Leftrightarrow1,013.10^5.2=5.10^5V_2\Leftrightarrow V_2=0,4052m^3\)
(Trả lời bởi datcoder)
Bài tập 2 (SGK Kết nối tri thức với cuộc sống trang 54)
Một bóng thám không có các bộ phận chính như mô tả ở Hình 13.3.a) Tại sao vỏ bóng phải được làm băng chất liệu đàn hồi?b) Tại sao để bóng bay lên, người ta phải bơm vào bóng một loại khí có khối lượng riêng nhỏ hơn không khí?c) Bóng thám không thường chỉ bay lên tới độ cao khoảng từ 30 km đến 40 km là bị vỡ. Tại sao bóng bị vỡ?
Đọc tiếp
Một bóng thám không có các bộ phận chính như mô tả ở Hình 13.3.
a) Tại sao vỏ bóng phải được làm băng chất liệu đàn hồi?
b) Tại sao để bóng bay lên, người ta phải bơm vào bóng một loại khí có khối lượng riêng nhỏ hơn không khí?
c) Bóng thám không thường chỉ bay lên tới độ cao khoảng từ 30 km đến 40 km là bị vỡ. Tại sao bóng bị vỡ?
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảia) Vì khi lên cao áp suất và nhiệt độ thay đổi, nếu không làm bằng chất liệu đàn hồi có thể quả bóng sẽ bị vỡ.
b) Bơm khí có khối lượng riêng nhỏ hơn không khí để quả bóng có thể bay lên dựa vào lực đẩy Acsimet của không khí tác dụng lên quả bóng.
c) Bóng thám không bay đến một độ cao nhất định sẽ bị vỡ vì khi đến độ cao đó, áp suất tác dụng lên quả bóng đã đạt đến giá trị tới hạn, chất liệu làm quả bóng không thể chịu được áp suất đó nữa nên sẽ vỡ.
(Trả lời bởi datcoder)
Bài tập 3 (SGK Kết nối tri thức với cuộc sống trang 54)
Một bình dung tích 40 dm3 chứa 3,96 kg khí oxygen. Hỏi ở nhiệt độ nào thì bình có thế bị vỡ, biết bình chỉ chịu được áp suất không quá 60 atm. Lấy khối lượng riêng của oxygen ở điều kiện tiêu chuẩn là 1,43 kg/m3.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiTrạng thái 1 là trạng thái khí ở điều kiện tiêu chuẩn: $\left\{\begin{array}{l}p_1=1,013.10^5 \mathrm{~Pa} \\ V_1=\frac{3,96}{1,43}=2,77 \mathrm{~m}^3 \\ T_1=273 \mathrm{~K}\end{array}\right.$
(Trả lời bởi datcoder)
Trạng thái 2 là trạng thái khí ở điều kiện có thể bị nổ: $\left\{\begin{array}{l}p_2=60 \mathrm{~atm}=60.1,013.10^5 \mathrm{~Pa} \\ V_2=40 \mathrm{dm}^3=40 \cdot 10^{-3} \mathrm{~m}^3 \\ T_2=? \mathrm{~K}\end{array}\right.$
Áp dụng phương trình trạng thái:
$$
\frac{p_1 V_1}{T_1}=\frac{p_2 V_2}{T_2} \Leftrightarrow \frac{1,013 \cdot 10^5 \cdot 2,77}{273}=\frac{60.1,013 \cdot 10^5 \cdot 40 \cdot 10^{-3}}{T_2} \Leftrightarrow T_2=236,5 \mathrm{~K}
$$
Bài tập 4 (SGK Kết nối tri thức với cuộc sống trang 54)
Một bình chứa một chất khí được nén ở nhiệt độ 27 °C và áp suất 40 atm. Nếu nhiệt độ của khí giảm xuống còn 12 °C và một nửa lượng khí thoát ra khỏi bình thì áp suất khí sẽ bằng bao nhiêu?
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiTrạng thái 1: $\left\{\begin{array}{l}p_1=40 \text { atm } \\ V_1 \\ T_1=27+273=300 \mathrm{~K}\end{array}\right.$
(Trả lời bởi datcoder)
Trạng thái 2: $\left\{\begin{array}{l}p_2 \\ V_2=V_1 \\ T_2=12+273=285 \mathrm{~K}\end{array}\right.$ (vì thể tích khí bằng với thể tích bình chứa nó) Áp dụng phương trình trạng thái: $\frac{p_1 V_1}{T_1}=\frac{p_2 V_2}{T_2} \Leftrightarrow \frac{40 . V_1}{300}=\frac{p_2 \cdot V_1}{25.5} \Leftrightarrow p_2=30 \mathrm{~atm}$
Bài tập 5 (SGK Kết nối tri thức với cuộc sống trang 54)
Hình 13.4 vẽ đường biểu diễn bốn quá trình chuyển trạng thái liên tiếp của một lượng khí trong hệ toạ độ (p,T): (1 → 2); (2 → 3); (3 → 4); (4 → 1). Hãy chứng tỏ rằng chỉ có một trong bốn quá trình trên là đăng tích.
Thảo luận (1)Hướng dẫn giảiDựa vào đồ thị p – T ta thấy đường 2 – 3 và 4 – 1 là đẳng áp, đường 3 – 4 là một quá trình có cả 3 thông số trạng thái đều thay đổi, chỉ có đường 1 – 2 là đẳng tích (có đường nối đi qua gốc toạ độ).
(Trả lời bởi datcoder)